iii. metode penelitian 3.1 tempat dan waktu penelitian 3.2 ...digilib.unila.ac.id/11733/16/bab...
TRANSCRIPT
III. METODE PENELITIAN
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Teknik Elektro Fakultas Teknik
Universitas Lampung yang dilaksanakan mulai dari bulan Maret 2014.
3.2 Alat dan Bahan
Alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian ini yaitu antara lain :
1. Personal Computer
2. Current Transformer (CT)
3. Trafo Tegangan
4. Modul KYL 200u
5. Mikrokontroler ATmega 328p
6. Project board
7. Printed circuit board (PCB)
8. LCD 2x16
9. Amperemeter Analog
10. Multi tester
11. Solder dan peralatan yang berguna dalam pembuatan jalur PCB
12. Software pendukung, antara lain: LabVIEW, Arduino 1.0.5, Diptrace dan
Microsoft Office 2007
40
3.3 Tahap – Tahap Dalam Pembuatan Tugas Akhir
Dalam perancangan alat ukur arus ini dilakukan langkah-langkah kerja sebagai
berikut :
1) Studi literatur
Studi literatur dilakukan untuk mendapatkan pengetahuan yang
mendukung tentang penulisan tugas akhir ini, antara lain :
a. Prinsip kerja dan karakteristik transformator arus.
b. Kalibrasi pengukuran arus dengan trafo arus.
c. Prinsip dasar pengiriman sinyal dengan metode melalui TX-RX
d. Bahasa pemrograman yang digunakan dalam mikrokontroler arduino.
e. Karakteristik dan aplikasi-aplikasi mikrokontroler arduino.
Studi literatur dilakukan dengan cara mencari dan mempelajari bahan – bahan
ajar, internet, dan juga dari hasil penelitian sebelumnya yang membahas
tentang sistem telemetri ini.
2) Perancangan blok diagram rangkian sistem telemetri pengukuran tegangan dan
arus. Perancangan blok diagram ini dilakukan dengan tujuan untuk
mempermudah dalam merealisasikan alat yang akan dibuat.
3) Implementasi rangkaian sistem telemetri pengukuran tegangan dan arus,
dengan tahap – tahap sebagai berikut:
1. Memilih rangakaian dari tiap masing – masing blok diagram sistem
telemetri.
2. Menentukan komponen yang digunakan dalam rangkaian.
41
3. Merangkai dan uji coba rangkaian dari masing – masing blok diagram.
4. Membuat program dengan bahasa C dan kemudian memasukkannya dalam
sebuah mikrokontroler ATmega 328P.
5. Menggabungkan rangkaian per blok yang telah di uji pada sebuah papan
percobaan (project board), melakukan pengujian ulang setelah dilakukan
penggabungan rangkaian.
6. Membuat program dengan menggunakan software LabVIEW untuk
membuat tampilan yang akan digunakan untuk pembacaan pengukuran
tegangan dan arus.
7. Melakukan uji coba penggabungan software antarmuka penampil data
pengukuran arus dan hardware pengukuran tegangan dan arus.
8. Merangkai komponen kedalam PCB.
4) Uji coba sistem telemetri
Uji coba sistem telemetri ini dilakukan untuk mengetahui tingkat keberhasilan
dari alat yang dibuat. Adapun pengujian dilakukan secara perbagian serta
secara keseluruhan untuk menentukan tingkat keberhasilan dari sistem yang
dibuat.
Adapun hal-hal yang diuji cobakan sebagai berikut:
1. Komunikasi sistem telemetri dengan media komputer sebagai penampil
data pengukuran tegangan dan arus.
2. Pengujian jangkauan sistem telemetri.
42
5) Analisis dan simpulan
Setelah proses pembuatan alat selesai, langkah selanjutnya ialah
mengumpulkan dan menganalisa data-data yang didapat dari pengujian
keseluruhan alat yang sudah dibuat. Proses analisa data dari pengujian alat ini
dilakukan agar dapat diketahui mengenai kelebihan dan kekurangan yang
terdapat pada alat ini untuk kemudian dapat diambil kesimpulan
6) Pembuatan laporan
Pada tahap ini dilakukan penulisan terhadap data-data yang didapatkan dari
hasil pengujian, analisis dan kesimpulan.
43
3.4 Bagan Alir Proses Penelitian
Gambar 3.1. Bagan alir penelitian
44
Pada bagan alir proses penelitian diatas terbagi menjadi 3 bagian utama, yaitu :
1. Perancangan blok diagram dan menentukan komponen serta rangkaian
dari sistem telemetri pengukuran arus yang akan dibuat.
2. Pembuatan rangkaian dari masing-masing blok diagram sistem telemetri
pengukuran arus.
3. Pengujian dari sistem telemetri pengukuran arus yang telah di
realisasikan.
3.5 Spesifikasi Alat
Spesifikasi dari alat yang dibuat adalah sebagai berikut:
1. Pengukuran arus hanya untuk jaringan 1 fasa.
2. Ketelitian pengukuran arus menggunakan 1 digit angka di belakang koma.
3. Konversi data ADC dari trafo arus menggunakan resolusi 10 bit.
4. Menggunakan LabVIEW sebagai antar muka penampil data pada
komputer.
5. Pengiriman data secara line of sight dan tidak line of sight.
6. Jarak maksimum pengiriman data dari user ±600 meter dengan kondisi
LOS (Line of Sight) dengan baudrate 9600bps.
45
3.6 Diagram Blok Rangkaian
Untuk mempermudah dalam perancangan, maka rangkaian dipisahkan
berdasarkan fungsinya. Berikut ini adalah diagram blok rangkaiannya :
Gambar 3.2. Diagram blok sistem telemetri pengukuran tegangan dan arus.
Diagram blok sistem telemetri pengukuran tegangan dan arus diatas dibuat untuk
mengetahui proses kerja pada sistem telemetri pengukuran tegangan dan arus
yang akan dibuat. Hal ini bertujuan untuk memudahkan dalam memahami alur
keja dari sistem yang akan dibuat.
Komponen-komponen yang terdapat pada sistem ini terdiri atas beberapa macam
diantaranya.
1. Sensor tegangan.
Sensor tegangan digunakan sebagai masukan atau alat untuk memasukkan
data tegangan dari proses pembacaan tegangan yang terukur. Sensor tegangan
yang digunakan berupa tranformator tegangan dengan rasio tegangan
400/5VAC.
46
2. Sensor arus
Sensor arus digunakan untuk mengukur arus yang mengalir menuju ke beban,
sensor arus yang digunakan berupa transformator arus dengan pebandingan
rasio 100/5 A. Transformator arus ini bekerja berdasarkan arus yang mengalir
pada kumparan primer sehingga menghasilkan gaya gerak magnet, gaya gerak
magnet ini memproduksi fluks pada inti trafo dan akan membangkitkan gaya
gerak listik pada kumparan sekunder, sehingga pada kumparan sekunder dapat
kita ukur besarnya sinyal yang dihasilkan dari arus yang mengalir pada
kumparan primer.
3. Pengkondsi sinyal
Pengkondisi sinyal dalam hal ini digunakan untuk mengkonversi besaran yang
terukur pada sensor arus dan tegangan sehingga dapat diolah pada
mikrokontroler.
4. Mikrokontroler
Pada sistem ini, mikrokontoler yang digunakan berupa Atmega 328P dengan
22 jalur I/O, 32KB flash memory, 6 kanal PWM, 8 kanal ADC 10-bit, 2 kanal
Timer/Counter 8-bit, 1 kanal Timer/Counter 16-bit, dan antar muka USART,
SPI, I2C. Pada mikrokontroler ini sinyal masukan dari pengkondisi sinyal
dioleh pada kanal ADC (Analog Digital Converter), proses pengolahan data
pada kanal ADC ini mengunakan resolusi sebesar 10-bit. Hasil dari
pengolahan data analog menjadi data digital ditansmisikan pada media
penampil.
47
5. LCD
LCD digunakan sebagai media penampil data pengukuran tegangan dan arus
secara digital. LCD yang digunakan beresolusi 16x2 yang berarti terdiri dari 2
baris dan 16 karakter.
6. Transmitter dan Receiver
Transmitter adalah alat yang berfungsi untuk memproses dan memodulasi
sinyal input agar dapat ditransmisikan sesuai dengan kanal yang dinginkan,
sedangkan receiver adalah sebuah alat yang berfungsi menerima dan
mengolah atau demodulai sinyal output dari transmitter sehingga sesuai
dengan sinyal awal. Modul yang digunakan pada pengiriman ini berupa KYL-
200U yang merupakan modul wireless transciever, hasil pengiriman data
secara telemetri ini akan dihubungkan pada media penampil data berupa
personal komputer atau laptop.
7. Personal komputer
Personal komputer pada penelitian ini digunakan sebagai media antarmuka
penampil data pengkuran tegangan dan arus secara digital, dengan
menggunakan GUI (Graphical User Interface) berupa LabVIEW.
48
3.7 Perancangan Alat
Gambar 3.3. Rancangan sistem telemetri pengukuran arus
3.7.1 Perancangan Alat Ukur Tegangan dan Arus
Perancangan alat ukur tegangan dan arus ini dirancang untuk mempermudah
dalam pembacaan tegangan dan arus yang dapat di monitor secara jarak jauh
dengan tampilan digital.
Berdasarkan diagram blok pada gambar 3.2, ada beberapa rancangan yang dibuat
yaitu:
1. Rangkaian Sensor Arus
Rangkaian sensor arus disini dilakukan beberapa metode seperti penstabil
tegangan, penyearah, dan filter. Keluaran tegangan dari transformator arus
ini masih dalam arus bolak-balik, sedangkan dalam pengolahan analog to
digital membutuhkan arus searah sehingga mendapatkan pembacaaan yang
benar, untuk itu perlunya disearahkan terlebih dahulu. Skematik penyarah
ini dapat dilihat pada gambar berikut.
49
Gambar rangkaian sebagai berikut:
Gambar 3.4. Rangkaian sensor arus
Dilihat pada gambar 3.4, rangkaian penyearah ini disuplai dengan tegangan
DC (Direct Current) sebesar 5 volt. Kemudian tegangan 5 volt ini
diturunkan melalui rangkaian penstabil tegangan menggunakan LM317
sehingga didapat tegangan keluarannya konstan sebesar 1,25 volt, pada sisi
Vout LM317.
Tujuan dari penggunaan rangkaian penstabil tegangan adalah agar
mendapatkan keluaran tegangan yang konstan, hal ini dikarenakan
tegangan keluaran penstabil ini akan membawa tegangan sekunder CT
(Current Transformator). Tegangan sekunder CT (Current Transformator)
akan berubah-ubah seiring perubahan pada arus yang melaluinya.
Keluaran tegangan dari rangkaian penstabil tegangan ini dirangkai seri
dengan keluaran tegangan sekunder transformator arus. Keluaran trafo ini
masih dalam bentuk arus AC. Tujuan diserikan adalah untuk menambahkan
nilai tegangan dari belitan sekunder trafo dengan tegangan 1,25 volt. Hal
ini dikarenakan keluaran tegangan sekunder hanya sebesar 0.024 VAC pada
50
saat arus yang terukur 0.93 ampere atau mendekati 1 ampere sesuai dengan
Tabel 4.3. Sehingga jika disearahkan langsung melalui diode, nilai tersebut
akan habis oleh cut off diode yaitu 0,7 volt. Setelah ditambahkan dengan
tegangan 1,25 volt barulah dapat dilewatkan melalui diode untuk
disearahkan. Tujuan dari rangkaian ini selain untuk penyearahan adalah
membawa tegangan keluaran CT (Current Transformator) yang tidak
mampu menembus tegangan cut off diode. Sehingga nilai keluaran
tegangan dari rangkaian pengkondisi sinyal akan berubah seiring
beratambahnya arus yang melewati CT (Current Transformator).
2. Rangkaian Sensor Tegangan.
Pada rangkaian sensor tegangan ini mengunakan rangkaian diode brigde
atau yang lebih dikenal dengan jembatan dioda. Rangkaian ini digunakan
untuk penyearah arus (rectifier) dari AC ke DC.
Gambar 3.5. Rangkaian sensor tegangan
51
3. Konversi ADC (Analog Digital Converter)
Pada tahap ini, tegangan keluaran dari pengkondisi sinyal akan diubah ke
digital melalui ADC (Analog Digital Converter) menggunakan
mikrokontroler Atmegaa328p. Berikut gambar rangkaiannya :
Gambar 3.6. Rangkaian mikrokontroler dengan pengkondisi sinyal
Pada mikrokontroler dilakukan pemrograman menggunakan bahasa C
pada software arduino untuk melakukan pembacaan sinyal analog dari
pengkondisi sinyal dan kemudian diubah ke data digital.
4. Antarmuka LCD 2x16
Untuk menampilkan hasil pembacaan pengukuran pada trafo arus,
digunakan LCD 2x16. Untuk pengolahannya menggunakan
mikrokontroler Atmega328p, berikut rangkaiannya :
52
Gambar 3.7. Rangkaian antarmuka LCD 2x16
Pada tahap ini, data pengukuran dari Sensor Tegangan dan arus akan
ditampilkan melalui interface LCD 2x16.
3.7.2 Perancangan Sistem Perangkat Lunak
1. LabVIEW 2010
Pada perancangan perangkat lunak digunakan LabVIEW 2010 sebagai pengolah
data yang akan ditampilkan pada komputer di mana LabVIEW memiliki dua
lembar jendela kerja, yaitu jendela front panel dan jendela blok diagram.
53
Gambar 3.8. Jendela front panel pada LabVIEW
Gambar 3.8 merupakan tampilan jendela front panel pada labview. Tampilan
monitoring akan dibuat pada laman ini. Terdapat panel control dan indikator
tampilan yang dapat digunakan sebagai tampilan pegukuran.
Gambar 3.9. Jendela blok diagram LabView
54
Gambar 3.9 merupakan laman jendela yang akan digunakan sebagai laman
pemrograman tampilan pada LabVIEW dengan cara menarik blok diagram yang
sudah disediakan LabVIEW pada kotak dialog function.
2. Arduino
Perangkat lunak yang lain untuk mendukung penyelesaian tugas akhir ini adalah
arduino. Arduino merupakan bahasa pemrograman yang digunakan pada
mikrokontroler Atmega 328p sebagai pengendali utamanya.
Gambar 3.10. Arduino software
Gambar 3.10 di atas merupakan gambar lembar kerja dari software arduino yang
digunakan untuk menulis program yang nantinya akan di upload pada
mikrokontroler. Dilembar kerja arduino ini kita mengolah nilai-nilai yang terbaca
pada sensor yang berupa data analog menjadi data digital dan hasil pengolahan
55
data digital ditransmisikan pada media penampil berupa komputer melalui
wireless.
3. Kylcom
Kylcom merupakan perangkat lunak yang digunakan untuk mengatur modul KYL-
200U. pada perangkat lunak ini kita dapat mengatur baudrate, dan nilai frekuensi
yang kita gunakan pada modul KYL-200U agar dapat saling bekomunikasi dalam
pengiriman data. Contoh software Kylcom dapat dilihat pada gambar 3.11.
Gambar 3.11. Software kylcom
3.8 Metode pengujian
Dalam Metode pengujian ini, dilakukan beberapa cara pengujian dari sistem yang
dibuat, yaitu:
56
Tabel 3.1. Pengujian sensor tegangan
No
Pembacaan Tegangan
%Error Alat yang di buat
LCD 2X16
(Volt)
Multitester Digital
(Volt)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Tabel 3.2. Pengujian pembacaan arus
No Tegangan
(Volt)
Daya
(Watt)
Pembacaan Arus Relative
Error alat
terhadap
multitester
Ix Iy LCD2X16
Amperemeter
Analog
(Ampere)
Multitester
(Ampere)
Alat
(Ampere)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Tabel 3.3. Pengujian jarak pengiriman data
No Jarak
(meter)
Data Penampil Unit Penerima
Keterangan Tegangan
(Volt)
Arus
(Ampere)
1
2
3
4
5
57
3.9 Analisa pengujian
Pada metode pengujian alat yang dibuat, ada beberapa hal yang akan dilakukan
dalam pengambilan data, diantarnanya:
1. Data pada tabel 3.1 adalah pengujian pengukuran tegangan dari sistem yang
dibuat, hasil pengukuran tegangan dari sistem yang dibuat dibandingkan
dengan multitester digital sebagai alat kalibasi pengukuran tegangan.
2. Data pada tabel 3.2 adalah pengujian pembacaan arus dari alat yang akan
dirancang, di mana hasil pembacaan arus akan di bandingkan menggunakan
multitester digital dan amperemeter analog. Pada pengujian ini dilakukan pada
beberapa jenis beban diantaranya beban resistif, beban kapasitif dan beban
induktif. Selain itu juga dilakukan perhitungan untuk menghitung nilai Error
pembacaan alat yang dibuat terhadap multitester digital sebagai acuan dari
hasil pengukuran.
Untuk mendapatkan nilai Error dari pembacaan alat ukur terhadap multitester
digital atau menggunakan amperemeter analog.
3. Pada tabel 3.3 merupakan tabel untuk pengujian dari sistem telemetri yang di
rancang, di mana pada pengujian ini data dikirim pada jarak yang berbeda-
beda untuk mengetahui kemampuan jangkauan dari sistem telemetri yang
digunakan. Pengujian ini dilakukan pada dua kondisi, yaitu kondisi tidak line
of sight dan line of sight.